IL BIOGAS A SCUOLA

Riprodurre processi di degradazione naturale attraverso un piccolo impianto sperimentale.

Gli impianti di depurazione

Una visita didattica alla città di Cervia, alle sue storiche saline, al suo parco, ma anche al suo sistema di depurazione cittadino delle acque reflue domestiche. Una cittadina balneare che ha tenuto in maniera particolare alla sua vocazione turistica, ricorrendo tra le prime città italiane, alla depurazione delle acque di scarico, di 70.000 abitanti invernali fino a 300.000 residenti nel periodo estivo. Un impianto particolarmente efficace e completo da meritarne la nostra visita didattica.

Avevamo iniziato in seconda ad interessarci degli scarichi liquidi delle nostre abitazione per capirne i procedimenti costruttivi, la destinazione, le fasi di degradazione dalla abitazione al sistema cittadino di depurazione dei liquami fognari.

Non è certo facile parlare dei nostri scarti, ma rifacendoci ai principi ecologici, dove la natura ci insegna a chiudere il ciclo, che un eccessivo apporto di sostanze in un fiume, è legato alla sua capacità autodepurante, che se tali sostanze pur essendo dei nutrienti sono in abbondanza e così  possono mettere in serio pericolo l’equilibrio del sistema idrico che le  riceve, possiamo cogliere l’occasione per proporre un accattivante stimolo didattico.

Nelle nostre abitazioni esistono due linee di scarico: una quelle delle acque cosiddette chiare, che raccoglie tutte le acque dei lavelli, del bidè, della doccia; l’altra è riservata al solo scarico del W. C. e viene definita linea delle acque nere.

La prima dopo un passaggio, attraverso un semplice pozzetto degrassatore, cioè capace di trattenere eventuali grassi in sospensione superficiale, presenti nell’acqua, viene direttamente smaltita in fognatura.

La seconda, invece arriva ad una apposita cisterna chiamata fossa biologica o settica, di cui la vasca Imhoff costituisce una variante costruttiva. Esse sono realizzate in modo da permettere lento deflusso del liquame, il quale, oltre a sedimentarsi sul fondo, viene attivato da una fermentazione batterica, che determina una digestione delle sostanze colloidali presenti e la conseguente chiarificazione del liquame stesso il quale attraverso una apposita sezione della vasca, raggiunge la fognatura. Il corretto funzionamento di questa struttura è legato all’appropriato uso del W. C.. Infatti nella vasca non devono essere inseriti gli scarichi della lavatrice: i detersivi presenti, dalla forte azione antisettica, distruggerebbero i batteri presenti, col conseguente blocco dei processi depurativi. Infatti è questo il motivo della separazione dello scarico delle acque bianche. Inoltre è scorretto, considerare il gabinetto come una scarico universale, dove mandare medicine e antibiotici scaduti, pannolini, involucri di plastica, bastoncini a fiocco, cicche di sigarette; gli stessi disinfettanti e deodoranti usati, possono mettere in seria crisi l’efficienza batterica, con la conseguenza necessità di chiamare il servizio di autospurgo, per svuotare la vasca e liberarla da eventuali intasamenti.

La pubblicità ci fa vedere sempre più spesso prodotti a base di batteri liofilizzati, da introdurre attraverso lo scarico del gabinetto per migliorare l’efficacia di quelli presenti nella fossa, indeboliti appunto da scarichi anomali.

Attraverso una serie di canalizzazioni sotterranee distribuite in tutta la città, le fognature, i liquami raggiungono l’impianto di depurazione.

Una visita ad un cantiere edile, con le abitazioni in costruzione ci ha permesso di verificarne tutte le componenti connesse agli scarichi dei liquami domestici.

Per approfondire ulteriormente, l’argomento abbiamo visitato il sistema di depurazione della nostra città di 9000 abitanti. E’ di tipo aerobico con ossigenazione dei liquami direttamente dal fondo della vasca di raccolta. Un sedimentatore , successivo, separa i fanghi dalle acque depurate all’85%.

Una ulteriore visita ad una piccola cittadina di 3000 abitanti ci ha permesso di notare, la depurazione delle acque a letto percolatore, cioè con ossigenazione per caduta e scuotimento, attraverso un materasso di pietre, contenute in una apposita vasca circolare, ossigenata attraverso opportune aperture dal basso, in cui il liquame viene distribuito attraverso opportuni bracci rotanti; anche qui poi c’è il sedimentatore.

In entrambi, non si fa che ricopiare e accelerare il processo di ossigenazione che avviene naturalmente nei corsi d’acqua montani.

In tutti gli impianti visitati, abbiamo notato che i liquami che giungono dalla fognatura appaiono grigiastri e nelle sponde canale di adduzione difficilmente crescono erbe, né le più tenaci, né le più infestanti; segno di un eccessivo carico inquinante abiotico.

A Cervia sono state escluse le fosse biologiche e le acque nere raggiungono direttamente l’impianto, dove vengono poi sollevate mediante pompe particolari (viti di Archimede), per permettere il funzionamento dell’intero sistema, a gravità.

Esse attraverso un disabbiatore, perdono le particelle più pesanti e vengono inviate in tre moduli di aerazione, utilizzati in base appunto in base alla diversa popolazione servita stagionalmente. In una vasca l’aria viene insufflata dal basso col conseguente gorgoglio, mentre nelle altre si usano apposite turbine semisommerse che agitano tutta la superfice. I batteri aerobici si sviluppano e si raggruppano in fiocchi che danno la caratteristica colorazione brunastra; da qui il liquame viene avviato ad apposti sedimentatori che addensano al centro i fanghi, mentre lateralmente lasciano traboccare l’acqua depurata all’85 %, che può essere immessa nel fiume, o utilizzata a scopo irriguo.

All’uscita dei sedimentatori  il fango attivo viene inviato in appositi contenitori stagni e coibentati: i biodigestori. Qui viene riscaldato intorno ai 40 °C, per permettere lo sviluppo delle famiglie batteriche termofile. Grazie alla loro azione, si ha la produzione di biogas, la cui percentuale di metano oscilla tra il 60 e 70 %. Esso può così essere utilizzato come combustibile, per il riscaldamento del biodigestore, per l’autotrazione tramite la compressione, per la cogenerazione, cioè la produzione di energia termica ed elettrica nell’impianto, tramite appositi gruppi elettrogeni chiamati TOT. E. M.

Il ciclo della produzione metanifera ha una durata di circa 30 giorni; i fanghi esausti ottenuti dal digestore, sono disidratati e quindi essicati in piattaforme, all’aperto e dopo le opportune analisi (si consideri che in fognatura può arrivare di tutto, dagli idrocarburi, ai solventi organici, ai metalli pesanti), possono essere utilizzati come ammendanti agricoli.

Il gas di fermentazione, è una miscela con una percentuale di metano oscillante tra il 60 ÷ 70 %.

L’impianto anaerobico, didattico

Nella classe terza, dalla rielaborazione della documentazione di schemi, diapositive e videofimati realizzati dai ragazzi durante le visite, utilizzando una varia bibliografia, attraverso una discussione operativa in classe, ovviamente guidata, si è passati alla fase di progetto del nostro impianto dimostrativo, di cui si è realizzato lo schema finale. (vedi schema impianto).

Per il riscaldamento del digestore, si è scelta la soluzione più semplice che è quello a bagnomaria, con un contenitore più piccolo all’interno di quello più grande, contenente acqua riscaldata.

La fase successiva è stata quella del rimediare il materiale. Dal lanificio locale, abbiamo recuperato dei fusti in pvc, da utilizzare come contenitori, il boiler da 10 litri utilizzato per il riscaldamento e la pompa di ricircolo erano già nel laboratorio, recuperati dai lavori di manutenzione eseguiti presso una palazzina attigua alla scuola, la raccorderia  e le tubazioni le ha fornite una ditta locale di termoidraulica. (vedi foto impianto)

Dopo aver montato il tutto e collaudato le varie tenute idrauliche, abbiamo dovuto pensare al materiale organico da immettere nel biodigestore. La soluzione più rapida è stata quella di utilizzare del rumine di un bovino macellato nel mattatoio del comprensorio. Il medico veterinario si è dato disponibile per questa esperienza ed il digestore è stato riempito per circa i 3/4 , di una miscela al 40% di rumine e acqua. La scelta del rumine è sembrata interessante per la presenza di batteri che degradano naturalmente la cellulosa.

In fase di verifica del funzionamento, in realtà abbiamo avuto una certa difficoltà di attivazione, probabilmente causata da discrete quantità di antibiotici usati per la cura dei bovini prima della macellazione. Questi medicinali inibiscono fortemente la presenza batterica. Si è allora ricorso all’inserimento nel digestore, di alcune buste di batteri liofilizzati, le stesse pubblicizzate in Tv, per le fosse biologiche malfunzionanti.

Con soddisfazione abbiamo potuto notare la formazione continua di bollicine (vedi foto3 ) nel vaso di depurazione, l’innalzamento del recipiente di accumulo e infine l’accensione di un piccolo bunsen inserito nella tubazione finale.

Durante il ciclo di funzionamento abbiamo controllato dalla sonda di prelievo, le variazione del ph, con un apparecchio elettronico a disposizione del laboratorio. Alcuni insegnanti e allievi della sezione di chimica dell’ITIS di Urbino sono venuti a visitare l’impianto funzionante, un giornalista locale ha realizzato un articolo dal titolo “ A Scuola di Archimede”, con la soddisfazione di tutti, compresi i ragazzi che hanno realizzato questa “impresa” didattica.

Aspetti didattici

Attraverso questo percorso disciplinare i ragazzi hanno potuto conoscere i nostri scarichi domestici, ritracciarne il loro tragitto, capire il funzionamento delle fosse biologiche, conoscere i processi naturali della trasformazione della biomassa, analizzare le differenze dei sistemi di trattamento delle acque reflue, apprendere le fasi più importanti della fermentazione anaerobica, conoscere il funzionamento dell’impianto didattico realizzato, capire l’importanza della depurazione anche ai fini del recupero energetico, chiarire il significato dei termini specifici.

Non è stata solo una semplice esercitazione scolastica, ma tale proposta ha coinvolto i ragazzi, anche a capire le tecniche artificiali (ma ricopiate dalla natura) che l’uomo utilizza per la salvaguardia dell’ambiente; inoltre ha utilizzato il diverso bagaglio delle conoscenze legislative (una Unità Didattica è dedicata alla conoscenza delle tipologie delle diverse norme giuridiche) per avvicinare di più gli allievi all’essere cittadini consapevoli e per un utilizzo educativo nonché di apprendimento tecnico, che molte norme possono offrire.

E’ servita a fornire ai ragazzi una conoscenza diretta, attraverso l’uso di modelli operativi funzionanti da loro stessi realizzati, sui quali essi possono misurare, verificare, controllare, calcolare, attraverso il fare ragionato, tipico dell’Educazione Tecnica.

Per saperne di più

Legge n° 319 del 10.5.1976  “Norme per la tutela delle acque dall’inquinamento” e successive modificazioni. Viene anche chiamata legge Merli.

D. Lvo n° 152 dell’11.5.99 su G. U.  del 29.5.99 “Disposizioni sulla tutela delle acque dall’inquinamento…” sostituisce la precedente.

Bibliografia

Bernard Lagrange “Il biogas” Longanesi ed. 1981 Milano

Renato Vismara “Depurazione Biologica” Ulrico Hoepli ed. 1988 Milano

 “Riciclo di rifiuti animali” CEE e Camera di Commercio di Bologna, 1983

Marco Barberi “Ecologia al Gabinetto” Macroedizioni e AAM Terra Nuova 1989, Firenze.

Lombardi Rubini Vivoli “Energia dalle biomasse” Ed. ISES 1998 Roma

“Il biogas in agricoltura” Camera del Commercio 1985 Roma

Cd “Risparmiare Energia Perché Come” Amm.ne Prov.le di Como 2001

Cd “Atti della Conferenza Nazionale Energia e Ambiente” ENEA 2000 Roma

www.conveco.it/biogas.htm

www.asws.it/impianti/biogas

www.crpa.it

www.snam.it

www.eni.it

Sant’Angelo in Vado 29.12.01

Giuseppe Dini